СПОСОБ МАРКИРОВКИ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ Российский патент 2011 года по МПК G06K1/00 

Предлагаемый способ относится к технологии производства взрывчатых веществ (ВВ) и может быть использован, в частности, при производстве промышленных и боевых ВВ.

В настоящее время в связи с участившимися случаями террористических актов актуальной становится задача обнаружения нелегально провозимого в транспортных средствах ВВ, проводимого на специально оборудованных постах, контроль за его доставкой в места скопления большого числа людей (вокзалы, аэропорты, стадионы и т.п.), а также непосредственное обнаружение ВВ в виде закладок - взрывных устройств. При этом процесс их обнаружения должен происходить непосредственно на месте контроля при помощи автономных средств обнаружения в реальном масштабе времени. Наиболее перспективными для выполнения указанной задачи являются способы мечения ВВ специальными маркерами, обнаружение которых представляет собой более простую задачу, чем обнаружение непосредственно ВВ.

Известен способ маркировки ВВ, включающий введение в их состав в процессе производства маркирующих добавок в виде радиоактивных материалов, например радиоактивных изотопов (патент США №4.019.053, НКИ 250/303, 250/304). Способ достаточно прост в реализации и позволяет обнаруживать скрытые закладки ВВ существующими техническими средствами, например дозиметрами.

Основными недостатками известного способа являются, во-первых, высокие требования техники безопасности, так как меченные радиоактивными материалами ВВ требуют специальных условий хранения и особых мер по защите персонала при работе с ними.

Во-вторых, в случае использования указанных меченных ВВ по своему основному назначению может происходить загрязнение радиоактивными материалами окружающей среды. Так, в местах постоянного использования ВВ, например на полигонах, карьерах, шахтах, может возникать радиационный фон, значительно превосходящий естественный, что небезопасно для обслуживающего персонала.

Известен способ маркировки ВВ, включающий введение в их состав в процессе производства маркирующих добавок в виде специальных химических веществ, обладающих высоким давлением пара, по газовыделениям которых можно обнаруживать сами ВВ, используя известные портативные детекторы паров (Explosives detection and decontamination of the environment, c. 140-144, Прага, 1997 г.).

Основными недостатками известного способа являются, во-первых, непродолжительные сроки хранения меченных ВВ (не более 5-10 лет), что связано в основном с летучестью метки, после чего вероятность обнаружения указанных ВВ значительно снижается.

Во-вторых, существующие портативные детекторы паров в зависимости от принципа обнаружения ВВ имеют различные пороги обнаружения для каждого обнаруживаемого вещества и, следовательно, обнаруживают каждое из веществ с определенной вероятностью, а значит, при обследовании объектов необходимо использовать различные классы детекторов паров, так как неизвестен ни тип применяемого ВВ, ни его маркер.

В-третьих, обнаружение ВВ по их газовыделениям сильно зависит от внешних условий, в частности от температуры окружающей среды, влажности, нахождения скрытых закладок ВВ внутри помещения или на открытом воздухе и т.п.

В-четвертых, все указанные химические маркеры представляют собой, как правило, опасные для здоровья человека соединения. Поэтому существующие технологические линии производства ВВ требуют серьезной и дорогостоящей модернизации, чего не могут позволить себе все производители ВВ в мире.

Известны также способы и устройства маркировки взрывчатых веществ и взрывных устройств (авт. свид. СССР №893.275; патенты РФ №2.126.993, 2.024.853, 2.134.253, 2.138.855, 2.179.961, 2.290.697; патенты США №4.019.053, 5.006.299; патент Великобритании №2.089.781; патенты ЕР №0.242.90, 1.524.636; Дикарев В.И., Заренков В.А., Заренков Д.В. Обнаружение взрывоопасных объектов, оружия, наркотиков, опасных газов и радиоактивных загрязнений. Санкт-Петербург, 2004, 320 с. и другие).

Из известных способов наиболее близким к предлагаемому является «Способ маркировки взрывчатых веществ» (патент РФ №2.179.961, С06В 23/00, 1999), который и выбран в качестве базового объекта.

Известный способ маркировки ВВ заключается в ведении в состав ВВ маркирующих добавок в процессе производства, в качестве которых используются структуры, или ее фрагмент, или ее фрагменты с нелинейной вольт-амперной характеристикой. Структуры с нелинейной вольт-амперной характеристикой могут представлять собой хотя бы один искусственный (диод, транзистор) или природный (металл - окисел) полупроводниковый переход. Введение в состав ВВ маркирующих добавок может осуществляться путем их добавления в рабочую смесь перед ее формированием. Для надежной маркировки ВВ достаточно ввести маркирующие добавки в количестве, не превышающем 0,5% от массы маркируемого ВВ. Целесообразно вводить маркирующие добавки, поверхность которых покрыта инертными изолирующими материалами, например фторопластом. Способ направлен на подбор универсального, безопасного в обращении маркера, используемого для надежного обнаружения всех типов ВВ, не ограничивающего срок хранения ВВ.

Технической задачей изобретения является повышение надежности обнаружения взрывчатого вещества и расширение функциональных возможностей способа путем определения типа обнаруженного взрывчатого вещества.

Поставленная задача решается тем, что способ маркировки взрывчатых веществ, включающий в соответствии с ближайшим аналогом введение маркирующих добавок в состав взрывчатых веществ в процессе производства, отличается от ближайшего аналога тем, что в качестве маркирующей добавки используют микрочип, выполненный в виде пьезокристалла с нанесенным на его поверхность алюминиевым тонкопленочным встречно-штыревым преобразователем, связанным с микрополосковой антенной, и набором отражателей, считывателем облучают взрывчатые вещества и/или взрывные устройства гармоническим колебанием высокой частоты, принимают его микрочипом, преобразуют в акустическую волну, обеспечивают ее распространение по поверхности пьезокристалла и обратное отражение, преобразуют отраженную акустическую волну в сложный сигнал с фазовой манипуляцией, внутренняя структура которого соответствует структуре встречно-штыревого преобразователя, переизлучают его в эфир, принимают считывателем, осуществляют синхронное детектирование с использованием в качестве опорного напряжения гармонического колебания высокой частоты, выделяют низкочастотное напряжение, соответствующее структуре встречно-штыревого преобразователя, регистрируют его, ограничивают низкочастотное напряжение по амплитуде снизу, полученные периодические прямоугольные импульсы подают на световой и звуковой маячки, периодические сигналы которых извещают об обнаружении взрывчатого вещества и/или взрывного устройства, тип которого определяют по зарегистрированному низкочастотному напряжению.

Предлагаемый способ маркировки взрывчатых веществ реализуется с помощью считывателя и микрочипа, который используется в качестве маркирующей добавки.

Структурная схема считывателя представлена на фиг.1. Функциональная схема микрочипа изображена на фиг.2. Временные диаграммы, поясняющие работу считывателя и микрочипа, показаны на фиг.3.

Считыватель выполнен в виде последовательно включенных задающего генератора 1, первого усилителя 2 мощности, циркулятора 3, вход - выход которого связан с рупорной приемо-передающей антенной 4, второго усилителя 5 мощности, фазового детектора 6, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора 1, и блока 7 регистрации. К выходу фазового детектора 6 подключен амплитудный ограничитель 8, выходы которого соединены со световым 9 и звуковым 10 маячками соответственно.

Микрочип выполнен в виде пьезокристалла 11 с нанесенным на его поверхность алюминиевым тонкопленочным встречно-штыревым преобразователем, связанным с микрополосковой антенной 12, и набором отражателей 16. Встречно-штыревой преобразователь поверхностных акустических волн (ПАВ) содержит две гребенчатые системы электродов 13, шины 14 и 15, которые соединяют электроды каждой из гребенок между собой. Шины 14 и 15, в свою очередь, связаны с микрополосковой антенной 12.

Предлагаемый способ маркировки взрывчатых веществ реализуется следующим образом.

В процессе производства взрывчатых веществ они формируются, как правило, в брикеты, в которые вводятся микрочипы в качестве маркирующих добавок. Структура встречно-штыревого преобразователя микрочипа носит индивидуальный характер, является идентификационным номером микрочипа и определяет тип взрывчатого вещества. По своему назначению взрывчатые вещества подразделяются на пять типов: инициирующие, бризантные, метательные, пиротехнические, двойного назначения и использования.

На основе взрывчатых веществ изготовляются взрывные устройства, которые классифицируются по назначению и способу производства, по мощности заряда и виду поражающего действия, по типу механизма приведения в действие, времени срабатывания и степени подготовленности к взрыву.

Считыватели могут размещаться на специально оборудованных постах контроля, которые устанавливаются в местах скопления большого числа людей (вокзалы, аэропорты, стадионы и т.п.), а также на подвижных автономных средствах для обнаружения взрывчатых веществ в виде закладок - взрывных устройств (в транспортных средствах, учреждениях, домах и т.п.).

При включении считывателя задающим генератором 1 формируется высокочастотное колебание (фиг.3, а).

u_c(t)=U_c·Cos(w_ct+φ_c), 0≤t≤T_c,

где U_c, w_c, φ_c, T_c - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность колебания;

которое после усиления в усилителе 2 мощности через циркулятор 3 поступает в рупорную приемо-передающую антенну 3, излучается ею в эфир и облучает, например, болельщиков при их прохождении на стадион через пост контроля.

Высокочастотное гармоническое колебание на частоте w_c улавливается микрополосковой антенной 12 микрочипа, настроенного на частоту w_c, преобразуется встречно-штыревым преобразователем в акустическую волну, которая распространяется по поверхности пьезокристалла 11, отражается от набора 16 отражателей и преобразуется в сложный сигнал с фазовой манипуляцией (ФМН) (фиг.3, в)

u₁(t)=U₁·Cos[w_ct+φ_k(t)+φ_c], 0≤t≤T_c,

где φ_k(t) - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M(t) (фиг.3, б), отображающим тип взрывчатого вещества, причем φ_k(t)= const при Кτ_э<t<(к+1)τ_э и может изменяться скачком при t=Кτ_э, т.е. на границах между элементарными посылками (К=1, 2, …, N-1);

τ_э, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью Т_с (Т_с=τ_э·N).

При этом внутренняя структура сформованного сложного ФМН-сигнала определяется топологией встречно-штыревого преобразователя, имеет индивидуальный характер, является идентификационным номером взрывчатого вещества и содержит всю необходимую уникальную информацию о типе взрывчатого вещества.

В качестве примера на фиг.2 изображен модулирующий код M(t)=101101001010.

Сформированный сложный ФМН-сигнал u₁(t) излучается микрополосковой антенной 12 в эфир, улавливается рупорной приемо-передающей антенной 4 считывателя и через циркулятор 3 и усилитель 5 мощности поступает на первый (информационный) вход фазового детектора 6. На второй (опорный) вход последнего в качестве опорного напряжения подается высокочастотное колебание u_c(t) (фиг.3, а) с выхода задающего генератора 1. На выходе фазового детектора 6 образуется низкочастотное напряжение (фиг.3, г)

u_н(t)=U_н·Cos φ_к(t), 0≤t≤T_c,

где U_н=1/2U₁·U_c,

пропорциональное модулирующему коду M(t) (фиг.3, б).

Это напряжение фиксируется блоком 7 регистрации и поступает на вход амплитудного ограничителя 8, который обеспечивает ограничение низкочастотного напряжения по амплитуде снизу (фиг.3, д). Периодические прямоугольные импульсы поступают на световой 9 и звуковой 10 маячки, которые периодически срабатывают и извещают об обнаружении взрывчатого вещества, тип которого определяется по зарегистрированному низкочастотному напряжению u_н(t).

Таким образом, предлагаемый способ маркировки взрывчатых веществ по сравнению с прототипом и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивает повышение надежности обнаружения взрывчатого вещества и расширение функциональных возможностей. Это достигается за счет определения типа обнаруженного взрывчатого вещества.

Основное преимущество предлагаемого способа, включающего введение в состав взрывчатых веществ в процессе производства в качестве маркирующей добавки микрочипа на ПАВ, состоит в возможности изготовить пассивный, т.е. не требующий источника питания микрочип с малыми габаритами.

Используемый микрочип предоставляет возможность дистанционного считывания несущей им информации неограниченное число раз, в автоматическом режиме, незаметно для обследуемых людей.

Способ относится к технологии производства взрывчатых веществ (ВВ) и может быть использован, в частности, при производстве промышленных и боевых ВВ. Способ маркировки взрывчатых веществ реализуется с помощью считывателя и микрочипа, который используется в качестве маркирующей добавки. Считыватель содержит задающий генератор, усилители мощности, циркулятор, рупорную приемо-передающую антенну, фазовый детектор, блок регистрации, амплитудный ограничитель, световой и звуковой маячки. Микрочип содержит пьезокристалл с нанесенным на его поверхность алюминиевым тонкопленочным встречно-штыревым преобразователем, связанным с микрополосковой антенной, и набором отражателей. Встречно-штыревой преобразователь поверхностных акустических волн (ПАВ) содержит две гребенчатые системы электродов, шины, которые соединяют электроды каждой из гребенок между собой. Шины связаны с микрополосковой антенной. Изобретение обеспечивает повышение надежности обнаружения взрывчатого вещества и расширение функциональных возможностей способа путем определения типа обнаруженного взрывчатого вещества. 3 ил.

Способ маркировки взрывчатых веществ, включающий введение маркирующих добавок в состав взрывчатых веществ в процессе производства, отличающийся тем, что в качестве маркирующей добавки используют микрочип, выполненный в виде пьезокристалла с нанесенным на его поверхность алюминиевым тонкопленочным встречно-штыревым преобразователем, связанным с микрополосковой антенной, и набором отражателей, считывателем облучают взрывчатые вещества и/или взрывные устройства гармоническим колебанием высокой частоты, принимают его микрочипом, преобразуют в акустическую волну, обеспечивают ее распространение по поверхности пьезокристалла и обратное отражение, преобразуют отраженную акустическую волну в сложный сигнал с фазовой манипуляцией, внутренняя структура которого соответствует структуре встречно-штыревого преобразователя, переизлучают его в эфир, принимают считывателем, осуществляют синхронное детектирование с использованием в качестве опорного напряжения гармонического колебания высокой частоты, выделяют низкочастотное напряжение, соответствующее структуре встречно-штыревого преобразователя, регистрируют его, ограничивают низкочастотное напряжение по амплитуде снизу, полученные периодические прямоугольные импульсы подают на световой и звуковой маячки, периодические сигналы которых извещают об обнаружении взрывчатого вещества и/или взрывного устройства, тип которого определяют по зарегистрированному низкочастотному напряжению.